Pflanzenwachstum unter LED-Licht

    Hallo,


    Zitat von nähmaschine

    ich glaube ich hatte vor ein paar Tagen den Unterschied zwischen Absorptions- und Wirkspektrum noch nicht ganz verstanden.

    Beim Absorptionsspektrum wird einfach die Abschwächung des Lichts beim Durchgang durch ein Pflanzenblatt, eine Chlorophylllösung, etc. gemessen. Das Ergebnis ist wenig relevant, weil es keinen Aufschluß über die Photosyntheserate gibt.


    Das Wirkspektrum dagegen gibt die tatsächliche Photosyntheseausbeute wieder, indirekt gemessen über die CO2-Absorption. Steht ja auch so explizit an der Ordinate des Elgersma-Wirkspektrums: "Relative quantum efficiency".


    Zitat

    Die hohen Werte im gelb-grünen Bereich des Wirkspektrums kommen zustande, weil das wenige gelb-grüne Licht welches vom Blatt absorbiert wird dann allerdings sehr gut verwertet wird.


    Nein. Grün-gelbes Licht wird von den Pflanzen tatsächlich verhältnismäßig gut absorbiert. Der Artikel "Green Light Drives Leaf Photosynthesis More Efficiently than Red Light in Strong White Light: Revisiting the Enigmatic Question of Why Leaves are Green?" beschreibt ganz gut, warum.


    Zitat

    Real gibt es also weiterhin einen starken Abfall von verwertetem Licht bei Gelb-Grün...


    Nein, gibt es nicht. Das siehtst Du an den realen Wirkspektren, die so in der Literatur rumgeistern, und die ich oben wiedergegeben habe. Interessant dazu ist auch der zweiteilige Artikel von Shinjii Tazawa, "Effects of Various Radiant Sources on Plant Growth" Part 1 + 2 im JARQ 33.


    Zitat

    Wird es also doch benötigt?


    Nein, nicht unbedingt. Aber es wird verwertet und zwar mit einer deutlich höheren Ausbeute, als es anhand des reinen Chlorophyll-Absorptionsspektrums zu vermuten wäre.

    Falls es jemanden interessiert, hier ein kleiner Zwischenbericht von meiner Salatanzucht


    http://burlis-gartenblog.blogs…ucht-zwischenbericht.html


    Und hier das Experiment mit großem Salat. Links ist der Salat, der unter LEDs wächst, der Kopf rechts wuchs anfangs auch unter LEDs und wurde einen Tag vor dem Foto aus Platzgründen in einen Topf gepflanzt und in die Sonne gestellt. Nach kurzer Zeit waren die Blätter rot, was ich unter dem LED Licht noch nicht geschafft habe


    https://plus.google.com/102826…7329658/posts/SG27ddoQeek


    Der Salat unter den LEDs bekommt jetzt noch mehr blaues Licht spendiert. Wenn er sich dann rot färbt ist denke ich hinreichend bewiesen, dass rote und blaue LEDs gewisse Vorteile gegenüber weißen LEDs haben.

    Hallo Cossart,
    dein Link, bzw Artikel "Green light drives..." sagt mir nach mehrmaligem Durchlesen eher das Gegenteil.
    Dort steht, dass der Zusatz von grünem Licht bei STARKER Bestrahlung mit weißem Licht die Photosynthese mehr erhöht als der Zusatz von rotem Licht bei STARKER weißer Beleuchtung.
    Das erscheint mir logisch. Das rote Spektrum (bzw. auch das blaue) ist ja aufgrund des vorhandenen starken weißen Lichtes (welches das komplette Spektrum abdeckt) schon in sättigender Konzentration vorhanden, während grünes Licht, wegen dessen schwacher Absorption noch ein gewisses Potential hat vermehrt aufgenommen zu werden.
    Anders gesagt: die Pigmente welche rotes Licht absorbieren haben durch das starke Weißlicht schon genug zu tun und können nicht mehr machen, auch wenn man noch weiteres Rotlicht zugibt.
    Im grünen Bereich gibts aber noch Reserven.


    Cossart, ich weiß, dass du sicher mehr Erfahrung auf diesem Gebiet hast und möchte hier auch nicht provozieren.
    Aber das Thema lässt mich nicht los.


    In "Plant Physiologie" von Lincoln Taiz steht auf S. 133:
    "This drop (red drop effect) cannot be caused by a drecrease in Chlorophyll absorption, because the quantum yield measures only light that has actually been absorbed."
    und
    "If the quantum yield is measured for the wavelenghts at wich chlorophylls absorbs light, the values found throughout most of the range are fairly constant, indicating that any photon absorbed by chlorophyll or other pigments is as effective as any other photon in driving photosynthesis"
    Also quasi Gleichstand für jedes Photon jeder Farbe, wenn es denn erstmal absorbiert wurde. Und Absorption findet halt bei Grün deutlich weniger statt.


    In "Photosynthese" von D.W: Lawlor steht (S.63) als Einheit am Diagramm des Wirkungsspektrums:
    Quantenausbeute = molO2/mol absorbierte Photonen


    d.h. für mich, was nicht absorbiert wurde, also ein Großteil des grünen Lichts, wird beim Wirkungsspektrum auch nicht mit einberechnet.
    Irgendwie muss die grüne Farbe der Blätter ja auch zustande kommen und bei 4 oder 5facher Absorption von Blau gegenüber Grün kann doch, auch bei Rücksicht auf das etwas uneffizientere Carotinoid-Verwertungssystem, welches in diesem Bereich mitarbeitet, Grün nicht die günstigere Bestrahlungsfarbe sein (nur auf Photsynthese bezogen)? Auch wenn die Blattdicke und daraus resultierende Effekte einiges "verwischt".
    Bei Shinjii Tazawa stehen an den Wirkspektren "relative value for unit incident energy". Was nun "incident" genau bedeutet?
    Viele Grüße

    Hi Burli,
    schön, dass du weiter machst. Mich interessierts!
    Wird jede Pflanze mit der gleichen Menge LEDs bestrahlt? Du sprichst einmal von Warmweiß-Kaltweiß Kombi und dann von einer blauen LED...
    Oder hab ich das nur falsch verstanden?
    Gruß

    Zitat von nähmaschine

    Das rote Spektrum (bzw. auch das blaue) ist ja aufgrund des vorhandenen starken weißen Lichtes (welches das komplette Spektrum abdeckt) schon in sättigender Konzentration vorhanden, während grünes Licht, wegen dessen schwacher Absorption noch ein gewisses Potential hat vermehrt aufgenommen zu werden.


    Deine Interpretation ist nicht richtig und ich denke, du hast den Artikel gar nicht ganz gelesen. Dort wird nämlich erklärt, warum grünes Licht so wirkungsvoll ist. Mit irgendwelchen Sättigungserscheinungen hat das gar nix zu tun.


    Mir ist es auch egal, wie du den Begriff "Wirkspektrum" auslegst. Die von mit gezeigten Diagramme sind echte Wirkspektren der Photosynthese.


    Zitat

    Und Absorption findet halt bei Grün deutlich weniger statt.


    Diese Behauptung ist nach wie vor falsch und wird von dem Artikel "Green light drives..." widerlegt.

    Zitat von nähmaschine

    Hi Burli,
    schön, dass du weiter machst. Mich interessierts!
    Wird jede Pflanze mit der gleichen Menge LEDs bestrahlt? Du sprichst einmal von Warmweiß-Kaltweiß Kombi und dann von einer blauen LED...
    Oder hab ich das nur falsch verstanden?
    Gruß


    Nein, bei kw, ww und blau ist wirklich nur eine LED drin. Ich wollte das Verhalten bei weniger Licht beobachten. Und reines blau ist wie gesagt sowieso außer Konkurrenz, da es eigentlich keinen Sinn ergibt. Zum Beispiel ist es interessant, dass der Salat unter warmweißem Licht spargelt. Das heißt vermutlich, dass der Blauanteil der warmweißen LED nicht ausreicht.


    Der Test ist sowieso noch unausgewogen, weil bis auf die rein warmweiße LED überall deutlich mehr Blauanteil vorhanden ist. Deshalb wird der Test nochmal modifiziert. Ich werde die Zahl der LEDs auf 4 oder 5 pro Box erhöhen, aber nur noch mit 300mA oder weniger fahren. Zu blau kommen zum Beispiel drei oder vier rote, zu kaltweiß ebenfalls drei oder vier warmweiße und das pure warmweiß wird entsprechend auf vier oder fünf erhöht. Blau und kaltweiß wird ganz wegfallen, da die von vorn herein keinen Sinn gemacht haben, da rot kaum oder überhaupt nicht vorhanden ist.


    Ich werde mir auch kleine "Blumenkästen" basteln, die in die Kisten passen, so dass ich mehrere Pflanzen gleichzeitig wachsen lassen kann, um bessere Resultate zu erzielen. Eventuell baue ich die Boxen zweimal auf, um gleichzeitig zwei verschiedene Ströme testen zu können. LEDs hab ich ja inzwischen genug da und das schöne ist, dass keine davon umsonst ist. Sollte sich weiß als völlig unbrauchbar erweisen benutze ich sie einfach für Beleuchtungsprojekte ;)


    Cossart: ich habe versucht, den Artikel zu verstehen, aber wirklich gelungen ist es mir nicht. Kannst du den Inhalt in 1-2 Sätzen zusammenfassen?

    Alle LEDs werden mit 700mA betrieben. Dementsprechend kannst du die Intensität aus deinen Diagrammen ableiten, weil ich genau die LEDs verwende.


    Und wie ich in dem Beitrag weiter oben schon geschrieben habe überwiegt bei allen bis auf ww der Blauanteil, was vermutlich Auswirkungen haben wird und weshalb ich den Test, eventuell schon am Wochenende, etwas modifizieren werde. Ich möchte die Zahl der Kombinationen, wie weiter oben beschrieben, auf rot/blau, kw/ww und nur ww reduzieren, aber bei allen den roten Anteil erhöhen. Also eine blaue und mehrere rote, eine kw und mehrere ww und eine entsprechende Anzahl nur ww. Dafür werde ich den Strom drastisch reduzieren von derzeit 700mA auf die Hälfte oder weniger.


    Eine Empfehlung für die weitere Vorgehensweise oder eine passende Aufteilung der Farben ist willkommen, da ich hier mehr aus dem Bauch heraus experimentiere. Soll ich den derzeitigen Test noch weiter laufen lassen oder abbrechen?

    Zitat von burli

    Alle LEDs werden mit 700mA betrieben. Dementsprechend kannst du die Intensität aus deinen Diagrammen ableiten, weil ich genau die LEDs verwende.


    Dann ist es tatsächlich so, daß die Pflanzen unter der warmweißen LED am wenigsten Licht bekommen, sowohl was die Strahlungsleistung anbelangt, als auch die Zahl der Photonen. Eine direkte Interpretation des Versuchs ist nicht möglich, denn das Spargeln kann genausogut daher kommen, daß am wenigsten Licht da ist.


    Um einen Vergleich zu ermöglichen würde ich beim nächsten Versuch irgendwas konstant halten, entwieder die Strahlungsleistung, oder den Photonenfluß.

    Zitat von Cossart

    Um einen Vergleich zu ermöglichen würde ich beim nächsten Versuch irgendwas konstant halten, entwieder die Strahlungsleistung, oder den Photonenfluß.


    Leider kann ich die Strahlungsleistung nicht messen sondern bestenfalls berechnen. Und sobald ich den Strom ändere würde sich auch die Strahlungsleistung ändern. Die einzigen nachvollziehbaren Werte, an denen ich mich orientieren kann, ist die Zahl der LEDs und die elektrische Leistung. Optische Parameter wären ohne teures Equipment bestenfalls grobe Schätzungen. Und der Wert für die Strahlungsleistung der Cree XP-G Q5 bei 700mA fehlt mir komplett, sonst könnte ich das zumindest mal theoretisch zusammenrechnen. Mir fehlt für die Berechnung das nötige Knoff Hoff ;)

    Zitat von burli

    Leider kann ich die Strahlungsleistung nicht messen sondern bestenfalls berechnen.

    Das ist doch schon viel besser als nix, ich kann's auch nur rechnen. Und da die Strahlungsleistung bei gegebener LED direkt proportional zum Lichtstrom ist, reicht die Berechnung bei einer einzigen Stromstärke. Bei abweichenden Stromstärken reicht die im Datenblatt jeder LED angegebene Relation Lichtstrom über durchfließenden Strom.

    Ok, ich hab für Osram Golden Dragon tiefrot 530mW, für die Cree XT-E royalblau 920mW und die Cree XD-B R4 kaltweiß 710mW, jeweils bei 700mA. Bei rot und blau habe ich die typischen Werte aus dem Datenblatt genommen und so genau wie möglich versucht, die Werte aus dem Diagramm für 700mA abzuleiten. Ich hab auch noch die XB-D E8 mit 500mW, aber die kommt hier nicht zum Einsatz. Die XP-G Q5 dürfte etwas mehr haben, ich nehme mal 550mW an.


    Beim aktuellen Versuch wären das 1450mW für rot/blau und 1260mW für kw/ww. Von der Betrachtungsweise also nicht sooo viel schlechter. Der entscheidende Punkt ist jetzt, wie sich die Farbverteilung auswirkt. Ist die Pflanze bei rot/blau vielleicht schon übersättigt und kann mit dem "mehr" an rot und blau vielleicht gar nichts anfangen? Würde man mit weniger noch die selben Ergebnisse erzielen? Kann die Pflanze das breitere Spektrum der weißen LEDs nutzen oder verpuffen da 70% der Photonen ungenutzt? Das ist die eigentliche Frage, die ich mir stelle.

    Zitat von burli

    Ist die Pflanze bei rot/blau vielleicht schon übersättigt und kann mit dem "mehr" an rot und blau vielleicht gar nichts anfangen?


    Naja, bis der Photosyntheseapparat einer Pflanze in die Lichtsättigung geht, braucht es schon einiges. Für Chilipflanzen habe ich gerade ein bißchen rumgegoogelt und Werte zwischen 1500 und 2000 µmol/s/m² für die Lichtsättigung gefunden, das entspricht einer Beleuchtungsstärke von 65 bis 87 Kilolux bei Sonnenlicht. Das ist jede Menge Holz.


    Man hört/liest immer wieder mal, Spektren mit ausgeprägten Höhen und Tiefen würden eine Pflanze eher in die Lichtsättigung treiben als ein ausgeglichenes Spektrum. Diese Annahme ist zwar wegen ihrer Bevorzugung natürlicher Spektren (wie des Sonnenlichts) schön romantisch, geht aber an der Realität vorbei. Die Lichtsammelfallen höherer Pflanzen bestehen aus 250 bis 400 Antennenpigmenten (bei den Pflanzen Chlorophylle a und b und Carotinoide), die die Energie eines eingefangenen Photons an das Reaktionszentrum weitergeben. Die verschiedenen Pigmente in der Lichtsammelfalle sorgen dafür, daß die Pflanze eben nicht nur blaues und rotes Licht, sondern auch gelbes und grünes (Absorption der Carotinoide) verwerten kann. Aber egal, welche Wellenlänge (welche Energie) das eingefangene Photon besitzt, unten kullert immer ein Elektron raus. Das ist bedeutend, denn daher kann man eine Lichtsammelfalle eben nicht mit Licht einer Wellenlänge überfordern. Es ist zwar tatsächlich so, daß die Lichtsammelfalle nach dem Einfangen eines Photons für kurze Zeit "blind" ist, aber diese Blindheit betrifft Photonen aller Wellenlängen und dauert nur sehr, sehr kurz (Femtosekundenbereich, 10^-15 s, wenn ich es recht in Erinnerung habe).


    Zitat

    Würde man mit weniger noch die selben Ergebnisse erzielen?


    Nein, solange man die Pflanze nicht in die Lichtsättigung treibt, nicht.


    Zitat

    Kann die Pflanze das breitere Spektrum der weißen LEDs nutzen oder verpuffen da 70% der Photonen ungenutzt?


    Kann sie, aber nicht mit gleichbleibender Ausbeute. Bei "grünen" Photonen kullern nur etwa 40 bis 50 % soviel Elektronen aus der Lichtsammelfalle wie bei "roten" Photonen. Und eine Synergiewirkung (den Emerson-Effekt) gibt es nur mit "roten" Photonen.

    Danke Cossart für deine Erklärungen.


    Hab jetzt beschlossen, meinen eigenen LHC zu machen. Short Yellow Tabasco habe ich gerade bestellt. Ich verwende auch 10 LEDs. Einmal 2 royalblaue und 8x tiefrot und für die zweite 2x kaltweiß und 8x warmweiß. Im Gegensatz zum aktuellen Test werde ich die LEDs aber mit 700mA betreiben, da ich aufgrund meiner bisherigen eigenen Tests Zweifel habe, dass 350mA auch nur ansatzweise ausreichen. Ich überlege auch, zwei Pflanzen nebeneinander zu setzen. Als Referenz werden einige Pflanzen an ein Fenster gestellt.

    Hi,
    Ich weiss nicht ob es mit Chilis geht, aber wenn ja solltest Du erwägen eine Pflanze zu zerlegen und Stecklinge davon zu machen, erst dann sind Ergebnisse meiner Ansiicht nach überhaupt vergleichbard
    lg Olaf

    Gerade per Zufall einen Beitrag in Galileo gesehen. Ging um ein Vertical Farminig Forschungsprojekt in Südkorea. Industrielle Gemüseproduktion komplett automatisiert, teilweise mit Röhren, teilweise mit LEDs.


    Außer roten und blauen LEDs mit "dem richtigen Spektrum" und eine ideale Umgebung von 24°C bei 62% Luftfeuchtigkeit konnte ich aber nicht viel herausfinden.